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Heterotic Trait Locus (HTL) Mapping Identifies Intra-Locus Interactions That Underlie Reproductive Hybrid Vigor in Sorghum bicolor

机译：异质性状基因座（HTL）映射可识别位点内相互作用，该相互作用是高粱双色繁殖杂种活力的基础

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Identifying intra-locus interactions underlying heterotic variation among whole-genome hybrids is a key to understanding mechanisms of heterosis and exploiting it for crop and livestock improvement. In this study, we present the development and first use of the heterotic trait locus (HTL) mapping approach to associate specific intra-locus interactions with an overdominant heterotic mode of inheritance in a diallel population using Sorghum bicolor as the model. This method combines the advantages of ample genetic diversity and the possibility of studying non-additive inheritance. Furthermore, this design enables dissecting the latter to identify specific intra-locus interactions. We identified three HTLs (3.5% of loci tested) with synergistic intra-locus effects on overdominant grain yield heterosis in 2 years of field trials. These loci account for 19.0% of the heterotic variation, including a significant interaction found between two of them. Moreover, analysis of one of these loci (hDPW4.1) in a consecutive F2 population confirmed a significant 21% increase in grain yield of heterozygous vs. homozygous plants in this locus. Notably, two of the three HTLs for grain yield are in synteny with previously reported overdominant quantitative trait loci for grain yield in maize. A mechanism for the reproductive heterosis found in this study is suggested, in which grain yield increase is achieved by releasing the compensatory tradeoffs between biomass and reproductive output, and between seed number and weight. These results highlight the power of analyzing a diverse set of inbreds and their hybrids for unraveling hitherto unknown allelic interactions mediating heterosis.
机译：识别全基因组杂种间杂种变异基础的基因座内部相互作用是了解杂种优势机制并利用其进行作物和家畜改良的关键。在这项研究中，我们介绍了利用高粱双色作为模型，将杂种性状基因座（HTL）映射方法的开发和首次使用，以将特定的基因座内部相互作用与在群体中的显性杂种遗传方式相关联。这种方法结合了充足的遗传多样性和研究非加性遗传的可能性。此外，该设计能够解剖后者以识别特定的基因座内相互作用。在2年的田间试验中，我们确定了3个HTL（占测试基因座的3.5％）具有协同的基因座内效应，对杂种优势的谷物产量产生显着影响。这些基因座占异源变异的19.0％，其中包括两个之间的显着相互作用。此外，在连续的F2群体中对这些基因座之一（hDPW4.1）的分析证实，在该基因座中，杂合植物与纯合植物的谷粒产量显着增加了21％。值得注意的是，三个用于谷物产量的HTL中的两个与先前报道的玉米谷物产量的主要数量性状基因座一致。提出了这项研究中发现的生殖杂种优势的机制，其中通过释放生物量与生殖输出之间以及种子数量与重量之间的补偿性折衷来实现谷物增产。这些结果突显了分析各种近交及其杂种以揭示迄今未知的等位基因相互作用介导杂种优势的能力。

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